En física , la longitud de coherencia es la distancia de propagación sobre la cual una onda coherente (por ejemplo, una onda electromagnética ) mantiene un grado específico de coherencia . La interferencia de ondas es fuerte cuando los caminos tomados por todas las ondas interferentes difieren en menos que la longitud de coherencia. Una onda con una longitud de coherencia más larga está más cerca de una onda sinusoidal perfecta. La longitud de la coherencia es importante en la holografía y la ingeniería de telecomunicaciones .
Este artículo se centra en la coherencia de los campos electromagnéticos clásicos . En mecánica cuántica , existe un concepto matemáticamente análogo de la longitud de coherencia cuántica de una función de onda .
Fórmulas
En los sistemas de banda de radio, la longitud de coherencia se aproxima por
dónde es la velocidad de la luz en el vacío, es el índice de refracción del medio , yes el ancho de banda de la fuente o es la longitud de onda de la señal y es el ancho del rango de longitudes de onda en la señal.
En comunicaciones ópticas , asumiendo que la fuente tiene un espectro de emisión gaussiano, la longitud de coherenciaviene dado por [1]
dónde es la longitud de onda central de la fuente,es el índice de refracción del medio , yes el ancho espectral (FWHM) de la fuente. Si la fuente tiene un espectro gaussiano con ancho espectral FWHM, luego un desplazamiento de trayectoria de ±reducirá la visibilidad de la franja al 50%.
La longitud de coherencia se aplica generalmente al régimen óptico.
La expresión anterior es una aproximación de uso frecuente. Sin embargo, debido a ambigüedades en la definición de ancho espectral de una fuente, se ha sugerido la siguiente definición de longitud de coherencia:
La longitud de coherencia se puede medir utilizando un interferómetro de Michelson y es la diferencia de longitud de la trayectoria óptica de un rayo láser autointerferente que corresponde a unvisibilidad de la franja, [2] donde la visibilidad de la franja se define como
dónde es la intensidad de la franja.
En los sistemas de transmisión de larga distancia , la longitud de coherencia puede reducirse por factores de propagación como la dispersión , la dispersión y la difracción .
Láseres
Los láseres de helio-neón multimodo tienen una longitud de coherencia típica de 20 cm, mientras que la longitud de coherencia de los láseres monomodo puede superar los 100 m. Los láseres semiconductores alcanzan unos 100 m, pero los láseres semiconductores pequeños y económicos tienen longitudes más cortas, con una fuente [3] que reclama 20 cm. Los láseres de fibra monomodo con anchos de línea de unos pocos kHz pueden tener longitudes de coherencia superiores a 100 km. Se pueden alcanzar longitudes de coherencia similares con peines de frecuencia óptica debido al estrecho ancho de línea de cada diente. La visibilidad distinta de cero está presente solo para intervalos cortos de pulsos repetidos después de distancias de longitud de cavidad hasta esta longitud de coherencia larga.
Otras fuentes de luz
Tolansky's 'Una introducción a la interferometría' tiene un capítulo sobre Fuentes que cita un ancho de línea de alrededor de 0.052 Angstroms para cada una de las líneas de sodio D en una lámpara de sodio de baja presión no enfriada, correspondiente a una longitud de coherencia de alrededor de 67 mm para cada línea por sí mismo. El enfriamiento de la descarga de sodio de baja presión a temperaturas de nitrógeno líquido aumenta la longitud de coherencia de la línea D individual en un factor de 6. Se necesitaría un filtro de interferencia de banda muy estrecha para aislar una línea D individual.
Ver también
Referencias
- ↑ Akcay, C .; Parrein, P .; Rolland, JP (2002). "Estimación de resolución longitudinal en imagen de coherencia óptica". Óptica aplicada . 41 (25): 5256–5262. doi : 10.1364 / ao.41.005256 . PMID 12211551 .
ecuación 8
- ^ Ackermann, Gerhard K. (2007). Holografía: un enfoque práctico . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40663-0.
- ^ "Preguntas frecuentes sobre el láser de Sam - láseres de diodo" . www.repairfaq.org . Consultado el 6 de febrero de 2017 .
- Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )